湘東北中元古代花崗巖的成因來(lái)自鋯石shrimpu-pb定年的約束

湘東北中元古代花崗巖的成因來(lái)自鋯石shrimpu-pb定年的約束

揚(yáng)子克拉通周?chē)捌渲苓叺貐^(qū)，如云南、四川、江西、安偉、湖北、貴州和廣西，都發(fā)育著新元古代花崗巖。前人對(duì)其進(jìn)行了深入研究和成因研究，證實(shí)該巖的年齡為810830ma，但其起源機(jī)制與造山成分以及地幔柱形成不同。湖南境內(nèi)于湘東北和雪峰山地區(qū)也分布有較多新元古代花崗巖體(其中雪峰山地區(qū)巖體為最近在1:5萬(wàn)礦調(diào)中新發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)資料另文發(fā)表),并發(fā)育有同時(shí)代火山巖,但研究程度總體較低。以往獲得的年齡數(shù)據(jù)主要為618～1021Ma,受測(cè)試方法等客觀條件限制其可信度較低。近年來(lái)筆者在1:25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中,對(duì)湘東北新元古代花崗巖體進(jìn)行了巖石地球化學(xué)、同位素等方面的詳細(xì)研究,并選擇其中代表性的張邦源巖體進(jìn)行了鋯石SHRIMPU-Pb年齡測(cè)定,首次獲得湖南境內(nèi)新元古代花崗巖的高精度年齡數(shù)據(jù)。筆者將在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)單討論湖南新元古代花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)的構(gòu)造背景。1細(xì)粒黑云母英云閃長(zhǎng)巖湘東北岳陽(yáng)—平江地區(qū)新元古代花崗巖體分布廣泛,有大小巖體25個(gè),本次重點(diǎn)選擇其中的張邦源、羅里、渭洞等侵入體進(jìn)行研究。巖石一般呈小的巖株或巖滴狀產(chǎn)出,面積大多小于1km2,大者在4km2左右,巖體侵入于中元古代巖層之中(圖1)。巖性以含角閃石黑云母花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖為主,少量的黑/二云母花崗閃長(zhǎng)巖。巖石結(jié)構(gòu)以細(xì)中粒為主。巖體邊部均或多或少有細(xì)粒角閃石黑云母英云閃長(zhǎng)巖出現(xiàn),與花崗閃長(zhǎng)巖呈過(guò)渡關(guān)系。巖石多風(fēng)化,新鮮巖石露頭較少。內(nèi)蝕變作用較普遍,主要有鈉長(zhǎng)石化、絹云母化、綠泥石化、白云母化等。巖石中暗色微粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體和片、角巖包體發(fā)育,包體多呈長(zhǎng)條狀或扁圓狀產(chǎn)出。用于SHRIMPU-Pb定年分析的鋯石來(lái)自于張邦源巖體。該巖體位于新元古代花崗巖帶的北西側(cè),呈南北向長(zhǎng)條狀分布,面積約3.24km2,巖體全風(fēng)化,呈負(fù)地形。在巖體的北端有較新鮮巖石露頭。主要巖性為中細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖,中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造;礦物主要由斜長(zhǎng)石(47%)、微斜微紋長(zhǎng)石(15%)、石英(28%)、黑云母(≤10%)等組成;副礦物有鋯石、磷灰石、褐簾石、白鈦石等。斜長(zhǎng)石為半自形板狀,普遍被絹云母、黝簾石等交代變得模糊不清,晶形輪廓仍保留不變,粒度大小為0.2-2mm,部分為2～4mm。微斜微紋長(zhǎng)石為他形板狀,有不少的斜長(zhǎng)石嵌晶包體,呈隱格狀,鈉長(zhǎng)石微紋極不發(fā)育呈稀疏點(diǎn)滴狀,半徑為1～3mm。石英他形粒狀連晶,形狀受斜長(zhǎng)石控制,甚至為充填狀,粒徑為0.4～2.2mm。黑云母為半自形板片狀,可為聚晶出現(xiàn),受應(yīng)力作用有時(shí)見(jiàn)扭折現(xiàn)象,粒徑為0.3～2mm,已被綠泥石交代。2次離子流測(cè)定采用常規(guī)浮選和電磁選方法,然后在雙目鏡下挑選出晶形較好和透明度好的鋯石顆粒,將其和標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)石TEM(年齡為417Ma)在玻璃板上用樹(shù)脂固定、拋光,再進(jìn)行反射光和透射光照相,以及陰極發(fā)光掃描電鏡圖像分析。鋯石的陰極發(fā)光圖像及其鋯石微區(qū)U-Pb定年測(cè)試均在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成,分析原理和流程見(jiàn)Compston等、Willians。實(shí)驗(yàn)分多次完成,但測(cè)定過(guò)程和條件類(lèi)似。一次離子流O-2強(qiáng)度為5～8nA。一次離子流束斑直徑為25--30μm。樣品點(diǎn)清洗時(shí)間為120～180s。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)定為5組掃描。標(biāo)準(zhǔn)為澳大利亞國(guó)立大學(xué)的SL13和TEM。數(shù)據(jù)處理采用Ludwig博士編寫(xiě)的Squid1.0及Isoplot程序。單個(gè)分析值誤差為1σ,圖和文中年齡平均值誤差為(95%置信度)。分析鋯石多為透明的自形晶體,陰極發(fā)光圖像均顯示出巖漿結(jié)晶成分環(huán)帶(圖2);其U-Pb年齡分析結(jié)果見(jiàn)表1和圖3。16個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡值變化于663～834Ma,但MSWD值較大,說(shuō)明有些數(shù)據(jù)為離群值。其中6個(gè)點(diǎn)年齡較接近(Y1-1.1、Y1-2.1、Y1-6.1、Y1-8.1、Y1-13.1、Y1-15.1),6個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡給出的加權(quán)平均年齡為816±4.6Ma(2σ),MSWD=0.84,為花崗巖的成巖年齡。從表1和圖3可以看出,還存在一組較年輕的數(shù)據(jù),大約在750Ma,鋯石的特征與前面6個(gè)點(diǎn)的鋯石特征相似,有可能是另一次巖漿-熱力作用事件的記錄反映,據(jù)前人的研究,在747～768Ma期間,湘西、桂北等地存在有大量的基性巖漿活動(dòng),也支持了這一推測(cè)。3巖石學(xué)和微量元素巖石主元素、微量元素、稀土元素、Sr-Nd及氧同位素組成分析結(jié)果列于表2中。巖石基性程度較高,SiO2含量67.71%～72.48%,平均為70.25%;全堿較低,Na2O+K2O含量5.1%～6.75%,平均為5.97%,且Na2O>K2O;鐵、鎂、鈣等含量相對(duì)較高。ASI值僅羅里巖體中一個(gè)小于1(0.97),其余均大于1.1(1.11～1.29),平均1.16。在主元素及特征參數(shù)判別圖解中(圖4),巖石為鎂質(zhì),過(guò)鋁質(zhì),鈣堿性巖系。在K2O-Na2O相關(guān)圖上,樣點(diǎn)全落在“Ⅰ型花崗巖”區(qū)內(nèi)(圖5)。巖石微量元素以低的親銅成礦元素和稀有、稀土、揮發(fā)分等元素,以及高的親鐵元素為特征,不相容元素Rb、Th含量較高,暗示巖石具過(guò)鋁質(zhì)花崗巖特征;同時(shí)貧Ba和Nb,顯示巖石成分具陸殼物質(zhì)特點(diǎn)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6)上,以Ba、Sr、P、Ti等具較強(qiáng)的負(fù)異常,Nb具弱的負(fù)異常,Rb和Th正異常及微弱的Ce、Zr、Hf和Sm正異常為特征,曲線(xiàn)樣式與Ⅰ型花崗巖及正?；』◢徺|(zhì)巖石蛛網(wǎng)圖曲線(xiàn)相近。Sm-Nd同位素由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室用NuPlasamHRMC-ICP-MS(NuInstruments)儀器測(cè)試完成,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定結(jié)果:JMCNd2O3143Sm/144Nd=0.511125±(2σ);Nd同位素質(zhì)量分餾采用143Sm/144Nd=0.7219校正(表3)。巖石的147Sm/144Nd變化為0.1277～0.1329,143Nd/144Nd為0.512193～0.512379,以816Ma計(jì)算出的εNd(t)值較高且變化范圍較窄,為-1.5～1.6,說(shuō)明巖漿有可能主要起源于虧損地幔源,同時(shí)有地殼物質(zhì)加入。氧同位素δ18Ov-sMOW為8.1‰～11.1‰,反映成巖母物質(zhì)部分來(lái)源于地殼。4新元古代形成與成礦的關(guān)系從湖南周邊地區(qū)(揚(yáng)子塊體周緣及其內(nèi)部)新元古代花崗巖已有研究資料來(lái)看,年齡值集中在820～830Ma。但各巖體的巖石組合與成因類(lèi)型有較大差異,如湖北黃陵巖體主要為奧長(zhǎng)花崗巖和少量英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖,類(lèi)似于太古代的TTG巖石組合,屬典型的Ⅰ型花崗巖,或現(xiàn)代“埃達(dá)克質(zhì)”花崗巖,為區(qū)內(nèi)太古代崆嶺群變質(zhì)基性巖重熔產(chǎn)物。而江西北部的九嶺巖體和安徽南部的許村、休寧、歙縣巖體均為含堇青石的黑云母花崗閃長(zhǎng)巖,為典型的S型花崗巖或CPG型花崗巖(含堇青石及富黑云母過(guò)鋁花崗巖),是區(qū)域中元古代泥質(zhì)變質(zhì)沉積巖重熔而成。廣西北部的花崗巖包括兩類(lèi):一類(lèi)是以三防、元寶山等巖體為代表的含白云母淡色花崗巖,屬S型花崗巖或MPG型花崗巖(含白云母過(guò)鋁花崗巖);另一類(lèi)為黑云母花崗巖,屬S型花崗巖或不含堇青石的CPG型花崗巖,這兩類(lèi)花崗巖主要是區(qū)域古—中元古代泥質(zhì)變質(zhì)沉積巖重熔而成。云南峨山鉀長(zhǎng)花崗巖則為分異的Ⅰ型花崗巖或KCG型花崗巖(高鉀-低鎵富鉀長(zhǎng)石斑晶的鈣堿性花崗巖),是區(qū)域古—中元古代鈣堿性火成巖重熔的產(chǎn)物。李獻(xiàn)華等認(rèn)為上述江西、安徽、廣西、云南等地新元古代花崗巖的形成與地幔柱活動(dòng)導(dǎo)致下地殼重熔有關(guān)。據(jù)顏丹平等的研究,上揚(yáng)子及揚(yáng)子地塊西緣出露726～864Ma的變質(zhì)-巖漿雜巖體為典型的板塊邊緣島弧型巖漿雜巖,與板塊俯沖作用具有成因聯(lián)系,而不可能是地幔柱成因。揚(yáng)子地塊東南緣也有保存較好的830～750Ma的巖漿巖和沉積巖,視為江南元古宙島弧南緣大洋板塊俯沖標(biāo)志,認(rèn)為揚(yáng)子克拉通的東南邊緣在中新元古代表現(xiàn)為活動(dòng)大陸邊緣,涉及島弧地體的碰撞增生,它們?cè)跇?gòu)造活動(dòng)時(shí)代及構(gòu)造組成上完全可與典型的格林威爾期造山帶對(duì)比,華北及揚(yáng)子和華夏陸塊均發(fā)育格林威爾期造山帶的殘留部分,證明它們?yōu)槿蛟胖婺┢诔箨懙慕M成部分。包括揚(yáng)子地塊在內(nèi)的華南地塊,可能位于Rodinina超大陸印度板塊東北緣,并可能在南東側(cè)與澳大利亞板塊相聯(lián)接。湘東北新元古代花崗巖形成年齡為816Ma,與周邊地區(qū)新元古代花崗巖形成時(shí)間相近,但巖性主要是含角閃石黑云母花崗閃長(zhǎng)巖及少量的英云閃長(zhǎng)巖,屬典型的Ⅰ型花崗巖或ACG型花崗巖(低K-高Ca含角閃石鈣堿性花崗巖類(lèi)),其成因?yàn)闅?慢混合型花崗巖,微量元素判別圖解顯示為典型島弧花崗巖(圖8)。地球化學(xué)特征與揚(yáng)子地塊西緣出露同時(shí)代巖漿雜巖體十分相似,屬島弧火山巖系,不具備地幔柱巖漿特性,應(yīng)為格林威爾造山運(yùn)動(dòng)(四堡運(yùn)動(dòng))板塊碰撞形成的,為匯聚板塊邊緣俯沖帶巖漿作用的產(chǎn)物,而不能作為Rodinina超大陸裂解的標(biāo)志。這一認(rèn)識(shí)與周金成、顏丹平等的研究結(jié)論一致。值得指出的是,在研究區(qū)南西側(cè)益陽(yáng)附近的基性火山巖形成年齡為(823±6)Ma,具有典型的枕狀構(gòu)造,部分樣品中見(jiàn)鬣刺結(jié)構(gòu),具典型科馬提巖地球化學(xué)特征,研究認(rèn)為很可能起源于地幔柱,與新元古代Rodinia超大陸裂解有關(guān)。已有研究表明“弧”和“地幔柱”巖漿作用在某些情況下并不相互排斥,如加拿大的太古代Abitibi綠巖帶同時(shí)代的島弧類(lèi)型的拉斑玄武巖、鈣堿性火山巖與地幔柱來(lái)源的科馬提巖伴生;在湯加弧,來(lái)自Samoan地幔柱的科馬提巖漿流入附近的島弧。而根據(jù)Wyman的模型,“弧火山作用”可以出現(xiàn)在“地幔柱活動(dòng)”之前、之中或之后。因此,湘東北新元古代花崗巖形成于島弧環(huán)境的認(rèn)識(shí),與益陽(yáng)科馬提巖反映的地幔柱信息可能并不矛盾。5島弧火山巖巖漿起源和演化(1)張邦源巖體為湘東北岳陽(yáng)—平江一帶新元古代花崗巖體之一,其鋯石SHRIMPU-Pb年齡為(816±4.6)Ma。(2)湘東北新元古代花崗巖屬鎂質(zhì)過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖系列(低K-高Ca含角閃石鈣堿